Содержание к диссертации
Оглавление 2
Список сокращений 5
Введение 7
1 Анализ предметной области и современных информационных технологий 13
1.1 Проблема энергетической безопасности (ЭБ) России и основные аспекты ее исследования 13
1.1.1 Основные задачи и цели исследования проблемы ЭБ 13
1.1.2 Существующая технология исследований развития ТЭК с позиций ЭБ 18
1.1.3 Программное обеспечение исследований проблемы ЭБ 28
1.1.4 ПК «ИНТЭК» и технология проведения вычислительного эксперимента 32
1.2 ИТ-инфраструктура научных исследований в энергетике 35
1.3 Многоагентные технологии
1.3.1 Понятие и определение агента 39
1.3.2 Многоагентные системы 41
1.3.3 Языки программирования агентов 43
1.3.4 Анализ стандартных архитектур многоагентных систем 45
1.3.5 Проектирование и реализация агентов и многоагентных систем 51
1.4 Выводы и постановка задачи диссертационной работы .53
2 Методический подход к разработке многоагентного программного комплекса 57
2.1 Технология SOA как основа построения многоагентного программного комплекса 58
2.2 Методика построения и разработки многоагентных программных комплексов для исследований проблемы ЭБ 60
2.3 Архитектура многоагентного программного комплекса 67
2.4 Онтологии как эффективная форма представления знаний агентов 71
2.5 Требования к многоагентному программному комплексу для исследований проблемы ЭБ 2.5.1 Общие требования 75
2.5.2 Требования, обусловленные спецификой предметной области 75
2.5.3 Требования к функциональному содержанию 76
2.5.4 Технические требования 78
2.5.5 Требования к защите от ошибочных действий персонала 78
2.6 Основные агенты системы 79
2.6.1 Агент создания информационных моделей и внесения корректировок 80
2.6.2 Агент задания чрезвычайных ситуаций 82
2.6.3 Агент формирования сценариев развития ТЭК 85
2.6.4 Агент-вычислитель 89
2.6.5 Агент формирования отчетов 91
2.7 Стандартизация форматов данных 93
2.7.1 Формат MPS 94
2.7.2 Формат LP 95
2.7.3 Формат моделей, основанный на XML 96
2.8 Выводы к главе 100
3 Реализация ПК «ИНТЭК-М» 101
3.1 Системно-концептуальные соглашения при разработке ПК «ИНТЭК-М» 102
3.2 Реинжиниринг ПК «ИНТЭК» 103
3.2.1 Замена вычислительного ядра ПК «ИНТЭК» 104
3.2.2 Реинжиниринг базы данных ПК «ИНТЭК» 106
3.3 Разработка стандарта информационной модели ТЭК 111
3.3.1 Блок описания модели 112
3.3.2 Блок данных модели 114
3.4 Загрузка информационных моделей ТЭК в репозитарий ИТ инфраструктуры 119
3.4.1 Репозитарий ИТ-инфраструктуры 119
3.4.2 Алгоритм загрузки информационных моделей ТЭК в репозитарий 121
3.4.3 Преобразование данных 123
3.4.4 Промежуточный SQL-ориентированный код 1
3.5 Агент внесения корректировок 126
3.6 Агент формирования отчетов 133
3.7 Интеграция «ИНТЭК-М» в ИТ-инфраструктуру научных исследований 142
3.8 Технология решения содержательных задач с использованием разработанного ПК «ИНТЭК-М» 147
3.9 Применение предложенного подхода при выполнении работ по грантам РФФИиРГНФ 151
ЗЛО Выводы к главе 155
Заключение 157
Литература 159
Приложение 1. Обзор технологий построения распределенных программных систем 171
Приложение 2. Методы использования Web-сервисов для построения вычислительной ИТ-инфраструктуры 180
Приложение 3. Пример информационной модели ТЭК для исследований проблемы ЭБ 183
Приложение 4. Примеры XML-шаблонов представления и отображения, используемых агентами ПК«ИНТЭК-М» 184
Введение к работе
Актуальность выполненной работы определяется двумя основными факторами. Первым из них является значимость проблемы исследований энергетической безопасности, которая определяется, в свою очередь, ключевой ролью топливно-энергетического комплекса (ТЭК) в экономике страны и ситуацией, сложившейся в ТЭК и в экономической и социальной жизни страны к настоящему времени. Энергетическая безопасность (ЭБ) с учетом проникновения энергетики во все сферы жизнедеятельности современного общества является одной из важнейших составляющих обеспечения экономической и национальной безопасности, поэтому для принятия решений по обеспечению ЭБ страны необходимо иметь способы оценки текущего уровня ЭБ, а также способы определения мероприятий для поддержания уровня ЭБ на приемлемом уровне.
Методологические основы исследований проблемы ЭБ заложены в работах Н.И. Воропая, СМ. Клименко, Л.Д. Криворуцкого, Ю.Н. Руденко, Г.Б. Славина, СМ. Сендерова, Н.И. Пятковой, М.Б. Чельцова и др.
Традиционно для исследований проблемы ЭБ в ИСЭМ СО РАН разрабатывались пакеты прикладных программ и информационные системы. Постановки задач для автоматизации этих исследований формулировались в 60-70-х годах XX века работами ученых Л.А. Мелентьева, А.А. Макарова, А.П. Меренко-ва, Ю.Д. Кононова, Л.Д. Криворуцкого, Б.Г. Санеева и др. Были реализованы версии программного обеспечения под руководством Г.Н. Волошина, Г.Н. Антонова, Л.В. Массель и др.
Второй фактор связан с темпами развития информационных технологий и необходимостью повышения уровня интеллектуальности инструментальных средств исследований энергетики, а также необходимостью создания такого программного обеспечения, которое можно было бы легко изменять и адаптировать к изменяющимся условиям исследований, и которое отвечало бы требованиям современных ИТ. В области создания программного обеспечения это -концепция многоагентных систем, объектно-ориентированный подход к созданию ПО, распределенные вычисления. Данные вопросы рассмотрены в зарубежных работах С Рассела и П. Норвига, Г. Буча, И. Якобсона, Дж. Румбау, Э. Гаммы, Э. Дейкстры и в работах отечественных ученых В.И. Тарасова, В.И. Городецкого и др. В общеметодологическом плане особый интерес представляют работы Ф. Брукса, М. Фаулера, В.И. Тарасова и др. Объектом исследования является информационная технология исследований проблемы энергетической безопасности на уровне ТЭК страны, которая рассматривается как совокупность технологии проведения содержательных исследований, технологии организации вычислительного эксперимента и технологии разработки программных инструментальных средств.
Предмет исследования — методы создания современного программного обеспечения (ПО), включающие архитектуру ПО, методы и средства проектирования архитектуры ПО и методы и средства ее реализации; методы создания ИТ-инфраструктуры научных исследований в энергетике.
Целью работы является разработка методического подхода к построению многоагентных программных комплексов для исследований в энергетике, на примере программного комплекса (ПК) для исследований проблемы ЭБ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Анализ класса задач и специфики исследований направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности, технологии проведения вычислительного эксперимента.
2. Анализ специфики разработки ПО для исследований проблемы ЭБ и современных информационных технологий.
3. Разработка методики построения многоагентных программных комплексов для исследований в энергетике.
4. Проектирование и реализация многоагентного программного комплекса «ИНТЭК-М» для поддержки исследований проблемы энергетической безопасности.
5. Разработка технологии решения содержательных задач с использованием разработанного ПК «ИНТЭК-М».
Методами и средствами исследования являются: методические основы построения информационных технологий в исследованиях энергетики, методы системного и прикладного программирования, методы объектного подхода (анализ, проектирования, программирование), методы проектирования баз данных и информационных систем.
Новизну составляют и на защиту выносятся следующие положения: 1. Впервые предлагается использование многоагентных технологий для разработки программного обеспечения нового поколения для поддержки проведения исследований проблемы энергетической безопасности России. 2. Разработан методический подход к построению многоагентных программных комплексов для исследований в энергетике, включающий:
• методику построения и разработки многоагентных программных комплексов, ориентированную на создание программного обеспечения нового поколения для исследований в энергетике;
• сервис-ориентированную архитектуру многоагентного программного комплекса, использование которой позволяет рассматривать отдельные агенты как Web-сервисы, из которых строится приложение;
• модели данных и алгоритмы обработки данных, являющиеся основой универсальных системных программных компонентов, которые могут быть использованы при построении многоагентных ПК для исследований в энергетике.
3. Предложена технология проведения вычислительного эксперимента (ВЭ) в исследованиях проблемы ЭБ, отличительной особенностью которой является использование интеллектуальных агентов, позволяющих:
• оказать помощь экспертам-энергетикам при формировании стратегии проведения вычислительного эксперимента;
• создавать и корректировать используемые в исследованиях информационные модели посредством интегрированного дружественного интерфейса пользователя;
• уменьшить число пользовательских действий при корректировках информационных моделей за счет создания и использования базы прецедентов чрезвычайных ситуаций, которые автоматически сопоставляются вариантам вносимых численных корректировок;
• предоставить дополнительные возможности представления и сравнения полученных результатов расчетов (таблицы, графики, многомерный анализ).
Практическая значимость. С применением предложенной методики в соответствии с разработанной архитектурой реализован ПК «ИНТЭК-М» для исследований проблемы ЭБ, основными возможностями которого являются:
• наглядное представление информационных моделей ТЭК и их удобное
редактирование; • возможность описания и хранения прецедентов чрезвычайных ситуации и превентивных мероприятий, а также их преобразование в численные корректировки информационных моделей;
• многопоточный расчет неограниченного количества вариантов информационных моделей;
• отображение результатов расчета в виде балансовых таблиц и в графическом виде с возможностью их гибкой настройки;
• наглядное сравнение результатов расчета неограниченного количества вариантов информационных моделей с использованием многомерного анализа данных.
Результаты работы применены:
1) при выполнении проекта № 4.3.1.9 «Разработка методических основ и интеллектуальных компонентов ИТ-инфраструктуры системных исследований в энергетике» в рамках приоритетной программы исследований СО РАН № 4.3.1. «Информационные и вычислительные технологии поддержки принятия решений» (2007 - 2009 гг.);
2) при выполнении проекта №2.15 «Интеллектуальные информационные технологии для исследования проблемы энергетической безопасности» в рамках Программы Президиума РАН №2 «Интеллектуальные информационные технологии, математическое моделирование, системный анализ и автоматизация» (2009 г.);
3) при выполнении работ по грантам: РФФИ № 07-07-00265а, РФФИ № 08-07-00172, РГНФ № 07-02-12112в (2007 - 2009 гг.).
Личный вклад. Результаты, составляющие новизну и выносимые на защиту, получены лично автором.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в т.ч. 3 - в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК по специальности.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 144 наименования и 4 приложений общим объемом 184 страниц, основной текст изложен на 168 страницах, включает 9 таблиц и 71 рисунок.
